王鏡巖生化課件4酶學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1王鏡巖生化王鏡巖生化(shn hu)課件課件4酶酶第一頁，共70頁。第2頁/共70頁第二頁，共70頁。第3頁/共70頁第三頁，共70頁。第4頁/共70頁第四頁，共70頁。純化步驟純化步驟 級分體積級分體積 （ml） 總蛋白總蛋白 （mg） 活力活力 （U） 比活比活（U/mg）粗提取液粗提取液 1860 6720 13440 2丙酮分級丙酮分級80960960015凝膠層析凝膠層析80300870029離子交換離子交換2290423047豬腎氨基?；父鱾€步驟純化豬腎氨基?；父鱾€步驟純化(chn hu)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)第5頁/共70頁第五頁，共70頁。無催化無催化催催化化反應(yīng)劑反應(yīng)劑產(chǎn)物產(chǎn)物

2、自自由由能能活化活化能能過渡態(tài)過渡態(tài)自由能變化自由能變化自自由由能能第6頁/共70頁第六頁，共70頁。 縱坐標(biāo)表示自由能（縱坐標(biāo)表示自由能（G），橫坐標(biāo)為反應(yīng)過程。從圖中可以看到，），橫坐標(biāo)為反應(yīng)過程。從圖中可以看到，S和和P都含有一定的自由能，即處于稱為基態(tài)的一種穩(wěn)定的狀態(tài)都含有一定的自由能，即處于稱為基態(tài)的一種穩(wěn)定的狀態(tài)(zhungti)。S和和P之間的平衡反映了它們的基態(tài)自由能的差別，它們之間存在著象座之間的平衡反映了它們的基態(tài)自由能的差別，它們之間存在著象座“ 山山 ” 的能障，反應(yīng)的底物必須提高能量水平才能跨越能障。的能障，反應(yīng)的底物必須提高能量水平才能跨越能障。 “ 山山 ”頂處稱

3、為過渡態(tài)，因為具有過渡態(tài)能量的分子可以轉(zhuǎn)化為頂處稱為過渡態(tài)，因為具有過渡態(tài)能量的分子可以轉(zhuǎn)化為 S 或或 P。從反應(yīng)物的基態(tài)到達過渡態(tài)所需要的能量稱為反應(yīng)的活化能。從反應(yīng)物的基態(tài)到達過渡態(tài)所需要的能量稱為反應(yīng)的活化能。SP的活化能用的活化能用G0 SP，PS的活化能用的活化能用G0 PS表示。而表示。而G0 代表由代表由S到到P的整個標(biāo)準(zhǔn)自由能變化。一個底物要轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物必須克服活化能障，升高反應(yīng)溫度可以增加具有克服活化能障的底物分子數(shù)，但活化能并沒有降低。的整個標(biāo)準(zhǔn)自由能變化。一個底物要轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物必須克服活化能障，升高反應(yīng)溫度可以增加具有克服活化能障的底物分子數(shù)，但活化能并沒有降低。第7頁/共

4、70頁第七頁，共70頁。第8頁/共70頁第八頁，共70頁。第9頁/共70頁第九頁，共70頁。第10頁/共70頁第十頁，共70頁。第11頁/共70頁第十一頁，共70頁。第12頁/共70頁第十二頁，共70頁。第13頁/共70頁第十三頁，共70頁。酶濃酶濃度度(nngd)反反應(yīng)應(yīng)速速度度第14頁/共70頁第十四頁，共70頁。第15頁/共70頁第十五頁，共70頁。酶濃度酶濃度(nngd)固定，反應(yīng)速度與底物濃度固定，反應(yīng)速度與底物濃度(nngd)之間的關(guān)系之間的關(guān)系底物底物(d w)濃度濃度零級零級(ln j)反應(yīng)反應(yīng)一級反應(yīng)一級反應(yīng)第16頁/共70頁第十六頁，共70頁。第17頁/共70頁第十七頁，共

5、70頁。第18頁/共70頁第十八頁，共70頁。第19頁/共70頁第十九頁，共70頁。ES）S Km （4.5） 1 ES從方程（從方程（4.5）：）：KmES（EtotalES）S ES（KmS）EtotalS第20頁/共70頁第二十頁，共70頁。第21頁/共70頁第二十一頁，共70頁。第22頁/共70頁第二十二頁，共70頁。第23頁/共70頁第二十三頁，共70頁。第24頁/共70頁第二十四頁，共70頁。第25頁/共70頁第二十五頁，共70頁。 競爭性抑制劑一與酶結(jié)合競爭性抑制劑一與酶結(jié)合(jih)就阻止了底物與酶的結(jié)合就阻止了底物與酶的結(jié)合(jih)，所以說底物、抑制劑與酶的結(jié)合，所以說底物

6、、抑制劑與酶的結(jié)合(jih)是競爭性的。是競爭性的。 只要底物濃度濃度足夠大，酶仍然可以被底物飽和，就象沒有抑制劑存在時一樣，即最大反應(yīng)速度應(yīng)當(dāng)是不變的。只要底物濃度濃度足夠大，酶仍然可以被底物飽和，就象沒有抑制劑存在時一樣，即最大反應(yīng)速度應(yīng)當(dāng)是不變的。 因此在有競爭性抑制劑存在下，因此在有競爭性抑制劑存在下， Vmax不變，但不變，但Km 增加。增加。 吲哚是胰凝乳蛋白酶的競爭性，這是由于酶作用的底物吲哚是胰凝乳蛋白酶的競爭性，這是由于酶作用的底物Trp的側(cè)鏈中含有吲哚基。的側(cè)鏈中含有吲哚基。第26頁/共70頁第二十六頁，共70頁。第27頁/共70頁第二十七頁，共70頁。第28頁/共70頁第

7、二十八頁，共70頁。第29頁/共70頁第二十九頁，共70頁。第30頁/共70頁第三十頁，共70頁。第31頁/共70頁第三十一頁，共70頁。第32頁/共70頁第三十二頁，共70頁。第33頁/共70頁第三十三頁，共70頁。 另外，磺胺藥是以對氨基苯磺酰胺為主要成分的消炎藥（殺菌藥），它的結(jié)構(gòu)非常類似于細菌生長繁殖所需要的葉酸中對氨基苯甲酸，葉酸在二氫葉酸合成酶的催化下生成二氫葉酸，所以另外，磺胺藥是以對氨基苯磺酰胺為主要成分的消炎藥（殺菌藥），它的結(jié)構(gòu)非常類似于細菌生長繁殖所需要的葉酸中對氨基苯甲酸，葉酸在二氫葉酸合成酶的催化下生成二氫葉酸，所以(suy)磺胺藥與葉酸競爭結(jié)合二氫葉酸合成酶，因此磺

8、胺藥是細菌二氫葉酸合成酶的競爭性抑制劑。磺胺藥與葉酸競爭結(jié)合二氫葉酸合成酶，因此磺胺藥是細菌二氫葉酸合成酶的競爭性抑制劑。 人由于可以直接從食物中獲得葉酸，所以人由于可以直接從食物中獲得葉酸，所以(suy)基本上不受磺胺藥。但細菌不能利用外源的葉酸?；旧喜皇芑前匪帯５毦荒芾猛庠吹娜~酸。第34頁/共70頁第三十四頁，共70頁?；前坊前?hun n)藥中的主要成分藥中的主要成分 葉葉 酸酸第35頁/共70頁第三十五頁，共70頁。第36頁/共70頁第三十六頁，共70頁。第37頁/共70頁第三十七頁，共70頁。第38頁/共70頁第三十八頁，共70頁。 胃蛋白酶胃蛋白酶(wi dn bi mi)

9、鐘形曲線鐘形曲線(qxin)第39頁/共70頁第三十九頁，共70頁。第40頁/共70頁第四十頁，共70頁。第41頁/共70頁第四十一頁，共70頁。第42頁/共70頁第四十二頁，共70頁。第43頁/共70頁第四十三頁，共70頁。第44頁/共70頁第四十四頁，共70頁。內(nèi)在內(nèi)在(nizi)途徑途徑外在途徑外在途徑(tjng)血管血管(xugun)損傷損傷組織因子組織因子交聯(lián)的血纖維蛋白交聯(lián)的血纖維蛋白第45頁/共70頁第四十五頁，共70頁。第46頁/共70頁第四十六頁，共70頁。第47頁/共70頁第四十七頁，共70頁。第48頁/共70頁第四十八頁，共70頁。第49頁/共70頁第四十九頁，共70頁。

10、第50頁/共70頁第五十頁，共70頁。第51頁/共70頁第五十一頁，共70頁。第52頁/共70頁第五十二頁，共70頁。第53頁/共70頁第五十三頁，共70頁。 加入加入(jir)激活劑可以使激活劑可以使S型曲線向雙曲線漂移，可以明顯地降低型曲線向雙曲線漂移，可以明顯地降低Km值，并值，并提高酶的活性。如果加入提高酶的活性。如果加入(jir)抑制劑，可以明顯地提高抑制劑，可以明顯地提高Km值，并使酶的活性降值，并使酶的活性降低。低。第54頁/共70頁第五十四頁，共70頁。的，但與齊變模型不同的是在具有部分飽和的一個寡聚分子的，但與齊變模型不同的是在具有部分飽和的一個寡聚分子中允許存在著高親和力和

11、低親和力的亞基（圖中允許存在著高親和力和低親和力的亞基（圖b）。）。第55頁/共70頁第五十五頁，共70頁。齊變模型齊變模型(mxng)第56頁/共70頁第五十六頁，共70頁。一個競爭性抑制劑，它結(jié)合在活性部位以外的部位。一個競爭性抑制劑，它結(jié)合在活性部位以外的部位。CTP使得原來的使得原來的S曲線更為明顯曲線更為明顯(mngxin)，表明天，表明天冬氨酸結(jié)合冬氨酸結(jié)合ATCase的過程中具有更大的協(xié)同性。的過程中具有更大的協(xié)同性。ATP的存在使得的存在使得S型曲線向雙曲線漂移，降低了底物型曲線向雙曲線漂移，降低了底物對酶結(jié)合的協(xié)同性。對酶結(jié)合的協(xié)同性。第57頁/共70頁第五十七頁，共70頁。

12、第58頁/共70頁第五十八頁，共70頁。第59頁/共70頁第五十九頁，共70頁。殘基水解而恢復(fù)活性，反應(yīng)是由丙酮酸脫氫酶磷酸化酶催殘基水解而恢復(fù)活性，反應(yīng)是由丙酮酸脫氫酶磷酸化酶催化的，該磷酸酶受化的，該磷酸酶受Ca2+激活。激活。第60頁/共70頁第六十頁，共70頁。 脫磷酸(ln sun)第61頁/共70頁第六十一頁，共70頁。同功酶分布上的不同對生物體內(nèi)反應(yīng)的調(diào)節(jié)具有重同功酶分布上的不同對生物體內(nèi)反應(yīng)的調(diào)節(jié)具有重要的意義。例如肌肉中富含要的意義。例如肌肉中富含LDH5，它對丙酮酸的親和，它對丙酮酸的親和力高，利于丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸；而心肌中富含力高，利于丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸；而心肌中富含LDH

13、1，利于乳酸轉(zhuǎn)化成丙酮酸，代謝上有其組織器官上的特異利于乳酸轉(zhuǎn)化成丙酮酸，代謝上有其組織器官上的特異性。在臨床性。在臨床(ln chun)上可根據(jù)上可根據(jù)LDH酶譜的變化診斷酶譜的變化診斷疾病。疾病。第62頁/共70頁第六十二頁，共70頁。第63頁/共70頁第六十三頁，共70頁。 要點要點(yodin)歸納歸納 1. 酶是生物催化劑。酶的顯著特點是催化效率高，具有底物和反應(yīng)的特異性，以及可調(diào)節(jié)性。除了某些酶是生物催化劑。酶的顯著特點是催化效率高，具有底物和反應(yīng)的特異性，以及可調(diào)節(jié)性。除了某些RNA之外，絕大部分酶是蛋白質(zhì)，或是帶有輔助因子的蛋白質(zhì)。酶可以按照它們催化的反應(yīng)類型分為六大類：脫氫酶

14、、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶。之外，絕大部分酶是蛋白質(zhì)，或是帶有輔助因子的蛋白質(zhì)。酶可以按照它們催化的反應(yīng)類型分為六大類：脫氫酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和合成酶。 2. 比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測定是酶純化的監(jiān)測指標(biāo)比活是每毫克酶蛋白所具有的酶活力單位數(shù)，比活測定是酶純化的監(jiān)測指標(biāo)(zhbio)，對同一種酶來說，比活越高，酶的純度越高。，對同一種酶來說，比活越高，酶的純度越高。 3. 酶也和其他催化劑一樣，可以通過降低反應(yīng)的活化能來提高反應(yīng)速度，使反應(yīng)快速達到平衡點，但酶不能改變平衡點。酶也和其他催化劑一樣，可以通過降低反應(yīng)的活化能來提高反應(yīng)速度，使反應(yīng)

15、快速達到平衡點，但酶不能改變平衡點。 第64頁/共70頁第六十四頁，共70頁。 4. 酶活性部位是一個具有三維結(jié)構(gòu)的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸殘基，還含有少量的極性氨基酸殘基，極性氨基酸常常參與酶的催化反應(yīng)。酶活性部位的可離子化和可反應(yīng)的氨基酸殘基形成酶的催化中心。酶活性部位是一個具有三維結(jié)構(gòu)的疏水裂隙，除了含有疏水性氨基酸殘基，還含有少量的極性氨基酸殘基，極性氨基酸常常參與酶的催化反應(yīng)。酶活性部位的可離子化和可反應(yīng)的氨基酸殘基形成酶的催化中心。 5. 酶催化的兩個主要模式是酸堿催化和共價催化。在酸堿催化中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接收質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促進反應(yīng)進行；在共價催化中，底物

16、或底物中的質(zhì)子與酶共價結(jié)合形成反應(yīng)的中間產(chǎn)物。酶催化的兩個主要模式是酸堿催化和共價催化。在酸堿催化中，活性部位的弱酸給出質(zhì)子，而堿接收質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)移可以促進反應(yīng)進行；在共價催化中，底物或底物中的質(zhì)子與酶共價結(jié)合形成反應(yīng)的中間產(chǎn)物。 6. 酶促反應(yīng)速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合。底物靠近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反應(yīng)物濃度急劇增高，將大大加速酶促反應(yīng)速度的提高很大程度上依賴于底物與酶的結(jié)合。底物靠近和定向于酶的活性部位，使得活性部位的反應(yīng)物濃度急劇增高，將大大加速(ji s)酶促反應(yīng)的速度。底物誘導(dǎo)酶結(jié)合，一旦酶結(jié)合底物后又使底物變形，當(dāng)?shù)孜镞_到過渡態(tài)時，酶對底物的親和力最大

17、，使反應(yīng)活化能降低，容易將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。酶促反應(yīng)的速度。底物誘導(dǎo)酶結(jié)合，一旦酶結(jié)合底物后又使底物變形，當(dāng)?shù)孜镞_到過渡態(tài)時，酶對底物的親和力最大，使反應(yīng)活化能降低，容易將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。 第65頁/共70頁第六十五頁，共70頁。7. 酶動力學(xué)測定常常是測定反應(yīng)的起始速度。酶促反應(yīng)的第一步是形成非共價的酶酶動力學(xué)測定常常是測定反應(yīng)的起始速度。酶促反應(yīng)的第一步是形成非共價的酶-底物復(fù)合物。酶促反應(yīng)相對于酶濃度是一級反應(yīng)，相對于底物濃度的變化表現(xiàn)出典型的雙曲線特征。當(dāng)酶被底物飽和時達到最大反應(yīng)速度底物復(fù)合物。酶促反應(yīng)相對于酶濃度是一級反應(yīng)，相對于底物濃度的變化表現(xiàn)出典型的雙曲線特征。當(dāng)酶被底物飽和時

18、達到最大反應(yīng)速度Vmax 。米氏。米氏(Michaelis-Menten)方程描述了這樣方程描述了這樣(zhyng)的動力學(xué)行為。的動力學(xué)行為。8. 米氏常數(shù)米氏常數(shù)Km等于最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，等于最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，Km是酶的特征常數(shù)。通過雙倒數(shù)作圖法很容易獲得是酶的特征常數(shù)。通過雙倒數(shù)作圖法很容易獲得Km和和Vmax。酶的催化常數(shù)（。酶的催化常數(shù)（kcat）或轉(zhuǎn)換數(shù)等于每個酶分子（或是每個活性部位）每秒鐘轉(zhuǎn)換底物（轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物）的最大分子數(shù)，在數(shù)值上）或轉(zhuǎn)換數(shù)等于每個酶分子（或是每個活性部位）每秒鐘轉(zhuǎn)換底物（轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物）的最大分子數(shù)，在數(shù)值上kcat等于等于Vmax除以總

19、酶濃度。當(dāng)除以總酶濃度。當(dāng)kcat很小可以忽略時，很小可以忽略時，Km是酶對底物親和力的量度：是酶對底物親和力的量度：Km越小，表明酶對底物親和力越大。越小，表明酶對底物親和力越大。第66頁/共70頁第六十六頁，共70頁。 9. 酶促反應(yīng)速度受抑制劑的影響。酶抑制劑可分為可逆和不可逆抑制劑。可逆抑制劑與酶非共價結(jié)合，可逆抑制包括競爭性抑制（酶促反應(yīng)速度受抑制劑的影響。酶抑制劑可分為可逆和不可逆抑制劑?？赡嬉种苿┡c酶非共價結(jié)合，可逆抑制包括競爭性抑制（Km增加，而增加，而Vmax不變）、反競爭性抑制（不變）、反競爭性抑制（Km和和Vmax都成比例地減少）、非競爭性抑制（都成比例地減少）、非競爭性

20、抑制（Vmax減少，減少，Km不變）；不可逆抑制劑與酶活性部位的功能基團共價結(jié)合。利用不可逆抑制劑處理酶，有可能獲得活性部位氨基酸殘基的信息和解釋不變）；不可逆抑制劑與酶活性部位的功能基團共價結(jié)合。利用不可逆抑制劑處理酶，有可能獲得活性部位氨基酸殘基的信息和解釋(jish)酶催化的機制。酶催化的機制。 10. 酶促反應(yīng)受酶促反應(yīng)受pH和溫度的影響，大多數(shù)酶都存在一個最適和溫度的影響，大多數(shù)酶都存在一個最適pH和最適溫度，但最適和最適溫度，但最適pH和最適溫度都不是酶的特征常數(shù)。在最適和最適溫度都不是酶的特征常數(shù)。在最適pH和最適溫度下酶促反應(yīng)具有最大反應(yīng)速度，大多數(shù)酶的反應(yīng)速度和最適溫度下酶促

21、反應(yīng)具有最大反應(yīng)速度，大多數(shù)酶的反應(yīng)速度-pH以及反應(yīng)速度以及反應(yīng)速度-溫度曲線是鐘形曲線。溫度曲線是鐘形曲線。 第67頁/共70頁第六十七頁，共70頁。 11. 許多蛋白酶都是以酶原形式合成的，在合適的條件下酶原通過有選擇的蛋白水解被激活，這一過程稱為酶原激活。血液凝固取決于酶原激活的級聯(lián)反應(yīng)和許多凝血因子。級聯(lián)反應(yīng)是一個信號放大的過程。許多蛋白酶都是以酶原形式合成的，在合適的條件下酶原通過有選擇的蛋白水解被激活，這一過程稱為酶原激活。血液凝固取決于酶原激活的級聯(lián)反應(yīng)和許多凝血因子。級聯(lián)反應(yīng)是一個信號放大的過程。 12. 某些酶是調(diào)節(jié)細胞內(nèi)代謝速度的關(guān)鍵酶。在反饋抑制中，途徑的終產(chǎn)物往往抑制該途徑的第一個酶。一些稱為別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)酶的活性受到特殊的調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)劑可逆地結(jié)合在別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)部位（常常是